Erklärs mir, als wäre ich 5 – Astronomie E-Book

Petra Cnyrim

• Herausgeber: Riva
• Kategorie: Bildung
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2024

Seitenzahl: 191

Beschreibung

Was ist Dunkle Materie? Haben Lichtjahre etwas mit Helligkeit zu tun? Was passiert in einem schwarzen Loch? Gibt es weiteres Leben im Universum? Was sind Planeten und Monde eigentlich genau? Und wieso darf Pluto kein Planet mehr sein? Kinder stellen Tausend Fragen. Wir Erwachsenen hingegen trauen uns oft nicht mehr, genau nachzufragen. Im äußerst komplexen Wissensbereich der Astronomie sind die meisten von uns ohnehin schon immer komplett ahnungslos. Gut, dass es die bewährten Erklärs-mir-Bücher gibt. Dieser Band erklärt auf anschauliche Weise die wichtigsten Themen rund um Astronomie und das Weltall – sodass alle sie verstehen.

Leseprobe

Petra Cnyrim Anne-Dorette Ziems

Erklärs mir, als wäre ich 5

Astronomie

Petra Cnyrim Anne-Dorette Ziems

Erklärs mir, als wäre ich 5

Astronomie

Wie kalt ist es im Weltall? | Warum hat der Saturn Ringe? Haben andere Planeten auch Monde?

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie. Detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über https://dnb.de abrufbar.

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Wichtiger Hinweis

Ausschließlich zum Zweck der besseren Lesbarkeit wurde auf eine genderspezifische Schreibweise sowie eine Mehrfachbezeichnung verzichtet. Alle personenbezogenen Bezeichnungen sind somit geschlechtsneutral zu verstehen.

Originalausgabe

1. Auflage 2025

© 2025 by riva Verlag, ein Imprint der Münchner Verlagsgruppe GmbH

Türkenstraße 89

80799 München

Tel.: [phone]

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Redaktion: Silke Panten

Umschlaggestaltung: Isabella Dorsch

Umschlagabbildung: Adobe Stock/karpenko_ilia

Abbildungen im Innenteil: Adobe Stock/alionaprof, Anshuman Rath, BreizhAtao, Galacticus, o_a, Peter Hermes Furian, SAMYA, Thitirat; Shutterstock/vector_brothers

Satz: Kerstin Stein

eBook: ePUBoo.com

ISBN Print 978-3-7423-2753-6

ISBN E-Book (EPUB, Mobi) 978-3-7453-2520-1

Weitere Informationen zum Verlag finden Sie unter

www.rivaverlag.de

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Inhalt

Erde

Mond

Planeten

Sterne

Galaxien

Universum

Unser Sonnensystem

Schwarze Löcher

Raumfahrt

Teleskope

Geschichte

Science oder Science-Fiction?

Aliens

Rockstars der Astronomie-Geschichte

Vorwort

Von Anne-Dorette Ziems

Wenn du dich für dieses Buch entschieden hast, bin ich mir sicher, dass wir eins gemeinsam haben: Wir gucken in den Nachthimmel und staunen. Nicht nur weil die Sterne und Planeten so schön anzuschauen sind. Sondern weil uns bei jedem Blick nach oben klar wird, wie winzig wir eigentlich im Vergleich zum Universum sind. Jeder Punkt, den wir nachts am Himmel sehen, ist ein riesiges astronomisches Objekt. Der Stern ganz oben an der Deichsel des großen Wagens beispielsweise heißt Alkaid, liegt 104 Lichtjahre von uns entfernt, hat vier Mal den Durchmesser und sechs Mal die Masse unserer Sonne. Und wir sehen ihn nur als kleinen leuchtenden Punkt am Himmel. Aber immerhin sehen wir ihn. Die viel spannendere Frage ist natürlich: Was gibt es da draußen noch alles, was wir nicht sehen können? Jede neue Generation von Teleskopen ermöglicht es uns, ein Stückchen weiter ins All zu schauen und dem Weltraum weitere Geheimnisse zu entlocken.

Denn das ist wohl das spannendste an der Astronomie. Dafür, dass der Weltraum so riesig ist und wir Menschen noch nicht mal weiter als bis zum Mond gekommen sind, wissen wir schon ziemlich viel über unser Universum. Gleichzeitig gibt es aber auch verdammt viel, was wir noch nicht wissen. Dazu zählt auch die Frage, die uns wohl alle schon mal beschäftigt hat: Sind wir alleine im All oder gibt es irgendwo da draußen noch außerirdisches Leben? Dem Thema Aliens widmen wir deswegen ein eigenes Kapitel.

Außerdem besprechen wir in diesem Buch Phänomene, die wir am Himmel sehen und auch einige von denen, die wir (zumindest ohne die Hilfe von Teleskopen) nicht sehen können. Dabei arbeiten wir uns von unserer Erde immer weiter hinaus ins Universum.

Und natürlich reißen wir auch das Thema Raumfahrt ganz kurz an, was untrennbar mit der Astronomie verbunden ist. Schließlich sind es die Weltraumteleskope, Sonden und auch astronautischen Missionen, die die Forschung in der Astronomie seit der Erfindung des Teleskops auf ein neues Level gehoben haben.

Erde

Wann ist die Erde entstanden?

Zusammen mit dem restlichen Sonnensystem hat die Erde vor über 4,6 Milliarden Jahren angefangen, sich zu formen. Um das herauszufinden, haben Forschende Gestein von der Erde, vom Mond und von Meteoriten untersucht. Auf der Erde sind leider kaum Steine aus der Entstehungszeit mehr übrig, weil unser Planet geologisch sehr aktiv ist. Erdbeben und Vulkanausbrüche sorgen immer wieder dafür, dass sich die Oberfläche erneuert.

Wenn Forschende mehr über die geologische Vergangenheit unserer Erde wissen wollen, greifen sie in der Regel auf Zirkone zurück. Ein Zirkon ist ein Kristalle mit der chemischen Formel ZrSiO₄. Er entsteht im Magma, speichert dabei die Eigenschaften des Magmas und ist besonders langlebig. Die mit über vier Milliarden Jahren ältesten bisher auf der Erde gefundenen Zirkone stammen aus den Jack Hills im Westen Australiens und können somit Aufschluss über das geologische Zeitalter Hadaikum geben, was von der Entstehung der Erde bis zu einem Zeitpunkt vor vier Milliarden Jahren reicht.

Wir wissen, wie alt Zirkone sind, denn im Kristallgitter reichern sich in kleinen Mengen auch andere Elemente wie beispielsweise Uran an. Anhand der radioaktiven Elemente kann das Alter der Zirkone bestimmt werden. Dafür wird die Anzahl von Uran mit der Anzahl seiner Zerfallsprodukte verglichen.

Woraus besteht die Erde?

Wenn wir darüber sprechen wollen, woraus die Erde besteht, müssen wir nach den verschiedenen Schichten der Erde unterscheiden: innerer Erdkern, äußerer Erdkern, Erdmantel und Erdkruste. Denn nicht in jeder Schicht sind die chemischen Elemente gleich verteilt. Der Erdkern besteht hauptsächlich aus Eisen und Nickel und anderen schweren Elementen. Wobei »schwer« hier eigentlich ein missverständlicher Begriff ist. So bezeichnet man Elemente mit einer hohen Dichte.

Im Erdmantel ist flüssiges Gestein zu Hause. Hier liegen auch die Magma-Reservoirs für Vulkane. Das häufigste Element ist Sauerstoff. Allerdings nicht im gasförmigen Zustand, wie wir es aus der Luft kennen, sondern an Metalle wie Silizium und Magnesium gebunden. Siliziumdioxid (SiO2) ist die Verbindung, die am meisten vorkommt.

Die Erdkruste ist mit etwa fünf Kilometern Tiefe die dünnste Schicht der Erde. Sie ist fest und besteht ebenfalls hauptsächlich aus Sauerstoff, gefolgt von Silizium. Denn auch die Erdkruste ist Gestein – diesmal allerdings festes Gestein. Über der Erdkruste liegt die Atmosphäre, also unsere Luft. Und auf der Erdkruste sind die Ozeane und natürlich auch wir und die gesamte Biomasse der Erde, also Pflanzen und Tiere.

Woher kennen wir den Radius der Erde?

Der Erdradius ist schon im Zeitalter vor Christus bestimmt worden. Zum Beispiel von Eratosthenes, der von 276 bis 196 vor Christus gelebt hat und Bibliothekar in Alexandria war. Dazu brauchte er zwei Orte, die auf dem gleichen Längengrad liegen: Alexandria und Syene (heute Assuan).

Er kannte die Distanz zwischen den beiden Städten und wusste, dass die Sonne zur Sommersonnenwende in Assuan im Zenit steht, also senkrecht am Himmel. Zur nächsten Sommersonnenwende hat er dann den Winkel gemessen, in dem die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche in Alexandria treffen. Daraus konnte er dann geometrisch den Erdradius berechnen.

Woher wissen wir, wie schwer die Erde ist?

Die Erde hat eine Masse von etwa 6 × 1024 Kilogramm. Wir können die Erde natürlich nicht auf eine Waage legen, aber wir können ihre Masse ausrechnen. Zwei Körper ziehen sich gegenseitig an. Wie stark, hängt von den jeweiligen Massen der Körper und dem Abstand zwischen ihnen ab. Wenn wir die Masse der Erde ausrechnen wollen, muss der eine Körper die Erde sein und den anderen können wir frei wählen. Sagen wir zum Beispiel, der zweite Körper ist dieses Buch und es liegt auf der Erdoberfläche. Der Abstand zwischen den beiden Körpern ist in dem Fall der Erdradius, weil das Massezentrum der Erde auch im räumlichen Zentrum der Erde liegt. Die Kraft zwischen Buch und Erde können wir auf zwei verschiedene Arten bestimmen. Die Gewichtskraft des Buches ist die Erdbeschleunigung mal die Masse des Buches.

Und allgemeiner ausgedrückt ist es die Gravitationskonstante mal die Masse der Erde mal die Masse des Buches geteilt durch den Erdradius zum Quadrat.

Wenn wir das gleichstellen, fällt die Masse des Buches aus der Gleichung, weil sie auf beiden Seiten vorkommt. Und die Masse der Erde ist die Erdbeschleunigung mal der Erdradius zum Quadrat geteilt durch die Gravitationskonstante.

Das sind alles bekannte Größen. Der Erdradius war schon in der Antike bekannt und die Gravitationskonstante konnte bereits im 18. Jahrhundert mit der sogenannten Gravitationswaage bestimmt werden. So können wir die Masse der Erde ausrechnen, ohne sie zu wiegen.

Wie kalt wäre es auf der Erde ohne die Sonne?

Würde die Sonne auf einmal nicht mehr scheinen, würde sich die Temperatur auf der Erdoberfläche nach einiger Zeit dem absoluten Nullpunkt (-273,15 Grad Celsius) annähern. Wir dürfen allerdings nicht vergessen, dass die Sonne nicht der einzige heiße Ort im Sonnensystem ist. Im Erdkern ist es etwa genau so heiß wie auf der Sonnenoberfläche (etwa 5000 Grad Celsius). Es wird also noch etwas Wärme durch Vulkanaktivität an die Oberfläche getragen. Auch die Ozeane würden wohl nicht komplett zufrieren. Wenn die Oberfläche zugefroren ist, isoliert das Eis für eine Weile die tieferen Ozeanschichten. Für Leben auf der Erde wäre das alles trotzdem ziemlich bitter. Allein schon weil ohne die Sonne keine Photosynthese funktioniert und Pflanzen ziemlich schnell sterben. Die Nahrungskette wird also direkt an der buchstäblichen Wurzel ausgebremst.

Wie schnell bewegt sich unsere Erde?

Unsere Erde dreht sich nicht nur um sich selbst und um unsere Sonne. Sie reist auch noch mit der Sonne ums Zentrum der Milchstraße.

Am Äquator bewegt sich die Erde mit etwa 1670 Kilometern pro Stunde um die eigene Achse. Um die Sonne düst sie mit 108 000 Kilometern pro Stunde und um das Zentrum der Milchstraße mit 792 000 Kilometern pro Stunde. Diese Geschwindigkeiten müssen allerdings einzeln betrachtet werden und können nicht einfach so aufaddiert werden, weil sie in verschiedene Richtungen erfolgen.

Warum merken wir nicht, dass die Erde sich dreht?

Unsere Erde braucht 24 Stunden, um sich einmal um sich selbst zu drehen. Wir stellen zwar dadurch fest, dass die Sonne nicht immer an der gleichen Stelle am Himmel ist, ansonsten merken wir davon jedoch nichts. Und das liegt daran, dass sich wirklich alles auf der Erde mit dreht. Die Atmosphäre, die Ozeane und auch wir. Weil wir uns mit der Erde drehen, fühlt es sich für uns so an, als würde sie stillstehen. Das ist ein bisschen so, als würden wir im Zug fahren und der Zug bewegt sich sehr gleichförmig, also mit der immergleichen Geschwindigkeit und wackelt auch nicht hin und her. Solange wir nicht aus dem Fenster gucken, könnten wir dann nicht unterscheiden, ob der Zug steht oder fährt, weil wir uns mit dem Zug bewegen. Wir würden lediglich spüren, wenn der Zug beschleunigt oder bremst.

Stimmt es, dass die Erde keine perfekte Kugel ist?

Ja. Der Erdradius am Äquator beträgt 6378,137 Kilometer und an den Polen 6356,752 Kilometer. Die Erde ist also, wenn man so will, ein klein wenig in die Breite gezogen. Das liegt an der Erdrotation und ist vergleichbar mit einem Kettenkarussell, bei dem die Sitze durch Zentrifugalkraft nach außen gezogen werden, wenn es sich dreht. Der Effekt ist so minimal, dass er auf Fotos der Erde aus dem All nicht sichtbar ist. Bei anderen Planeten sieht das schon anders aus. Der Saturn beispielsweise wirkt auf Bildern etwas platt, weil hier der Effekt größer ist. Das liegt daran, dass der Saturn schneller rotiert als die Erde.

Wie entstehen Polarlichter?

Der Sonnenwind sorgt zusammen mit dem Magnetfeld der Erde und der Atmosphäre für die schön anzusehenden Polarlichter. Die Sonne schickt über den Sonnenwind geladene Teilchen durchs Sonnensystem. Wenn die auf die Erde treffen, interagieren sie mit dem Magnetfeld. Einige Teilchen dringen in die Erdatmosphäre ein und ionisieren die Luftmoleküle. Dabei entsteht das Leuchten der Polarlichter. Bei höherer Sonnenaktivität kommt es häufiger zu Polarlichtern. Um sie zu sehen, muss es wolkenfrei und möglichst dunkel sein. Ideal ist es deswegen, bei Neumond Ausschau zu halten, damit der Mond die Nacht nicht zu sehr erleuchtet.

Polarlichter gibt es an beiden Polen. Im Norden heißen sie Aurora Borealis und im Süden Aurora Australis.

Wie funktioniert Plattentektonik?

Die Kontinente der Erde waren nicht immer an den Positionen, die wir heute kennen. Das liegt an der Plattentektonik der Erde. Die oberste Schicht der Erde – genauer gesagt die Erdkruste und der obere Teil des Erdmantels – ist in Kontinentalplatten aufgeteilt, die sich auf dem restlichen Teil des Erdmantels bewegen. Es gibt sieben große Kontinentalplatten: die Nordamerikanische Platte, die Eurasische Platte, die Südamerikanische Platte, die Afrikanische Platte, die Antarktische Platte, die Australische Platte und die Pazifische Platte. Dazu kommen mehrere kleinere Platten wie zum Beispiel die Indische Platte.

Für die Kontinentalplatten und ihre Bewegung sorgen vor allem Konvektionsströme. Denn auch in Magma strömt warmes Material nach oben und kaltes nach unten. Wir gehen davon aus, dass die ganze Landmasse der Erde vor etwa 225 Millionen Jahren zu einem einzigen Kontinent vereint war und unsere jetzigen Kontinente durch die Bewegung der Platten entstanden sind. Dafür sprechen unter anderem auch fossile Funde der gleichen Tier- und Pflanzenarten auf verschiedenen Kontinenten.

Wie entstehen die Jahreszeiten auf der Erde?

Unsere Erde bewegt sich im Laufe eines Jahres einmal um die Sonne herum. Zusätzlich dazu rotiert sie noch um ihre eigene Achse. Die eigene Achse ist allerdings nicht genau parallel zu der Rotationsachse für die Bewegung um die Sonne, sondern um 23,5 Grad geneigt.

Hätte unsere Erde diese Neigung nicht, gäbe es nirgendwo Jahreszeiten. Stattdessen wäre das Klima an jedem Ort immer gleich. Das heißt nicht, dass es dann überall auf der Erde gleich warm oder kalt wäre, sondern lediglich, dass es sich an einem bestimmten Ort im Laufe des Jahres nicht großartig ändert.

Die Jahreszeiten entstehen durch die Neigung der Erdachse. Die führt dazu, dass die Nordhalbkugel im Sommer näher an der Sonne ist und im Winter weiter entfernt. Deswegen ist es im Sommer wärmer als im Winter.

Diese Neigung der Erdachse ist auch dafür verantwortlich, dass die Tage im Sommer länger sind als im Winter. Je näher wir an den Polen sind, desto stärker ist der Effekt. Im Sommer wird es am Nordpol nie richtig dunkel, weil der Pol zur Sonne zeigt. Dafür wird es im Winter nie richtig hell.

Was ist die Fluchtgeschwindigkeit?

Die Fluchtgeschwindigkeit der Erde beträgt am Äquator 11,2 Kilometer pro Sekunde. Das ist die Geschwindigkeit, die Raumsonden mindestens erreichen müssen, um der Gravitation der Erde zu entkommen und von der Erde wegzufliegen. Alle Sonden, die langsamer fliegen, bleiben in einer Umlaufbahn um die Erde. Die Internationale Raumstation beispielsweise fliegt mit 7,66 Kilometern pro Sekunde. Und das ist auch gut so, denn sie soll ja bei der Erde bleiben.

Mit einem Flugzeug können wir zum Beispiel unter anderem deswegen nicht einfach so von der Erde wegfliegen. Das hat natürlich auch noch andere Gründe. Flugzeuge brauchen eine Atmosphäre, um fliegen zu können. Das funktioniert im Weltraum nicht.

Wie hoch die Fluchtgeschwindigkeit ist, hängt davon ab, wie viel Masse und damit Schwerkraft der Planet beziehungsweise der Himmelskörper hat. Die Fluchtgeschwindigkeit des Mondes liegt bei 2,4 Kilometern pro Sekunde und die des Jupiters bei 59,5 Kilometern pro Sekunde.

Es gibt auch eine bestimmte Fluchtgeschwindigkeit, die Raumsonden erreichen müssten, um aus dem Sonnensystem hinaus zu gelangen, also dem Einfluss der Sonne zu entkommen. Auf Höhe der Erde beträgt die 42 Kilometer pro Sekunde.

Wo in der Milchstraße liegt unsere Erde?

Die Milchstraße ist eine Balkenspiralgalaxie. Vom Balken im Zentrum gehen zwei große und mehrere kleine Spiralarme aus. In einem der kleineren Spiralarme, dem Orion-Arm, liegt die Erde. Sowohl zum Zentrum der Milchstraße als auch zum Rand der Milchstraße sind es etwa 25 000 Lichtjahre. Das wissen wir aus Beobachtungen und Messungen der Sterne am Nachthimmel. Schon im 18. Jahrhundert gab es die erste Karte der Sterne der Milchstraße, aus denen hervorging, dass die Struktur der Milchstraße eine Scheibe ist.

Bestehen wir Menschen aus Sternenstaub?

Es wird immer so schön gesagt, dass wir alle aus Sternenstaub bestehen. Um das zu überprüfen, müssen wir uns angucken, wie überhaupt verschiedene chemische Elemente entstehen. Direkt nach dem Urknall war das frühe Universum zu heiß und dicht dafür, dass Atome stabil existieren konnten. Alles hat sich zu schnell bewegt; als dass Kräfte die kleinsten Teilchen zusammenhalten konnten. Es gab nicht mal Protonen und Neutronen – die Bausteine der Atomkerne. Doch das Universum dehnte sich aus, kühlte sich somit ab und bereits wenige Sekunden bis Minuten später konnten Protonen und Neutronen entstehen – und daraus die ersten Atomkerne. Das frühe Universum bestand etwa zu 75 Prozent aus Wasserstoff und zu 25 Prozent aus Helium. Darunter waren auch sehr kleine Mengen Deuterium (schwerer Wasserstoff), Helium-3 sowie Lithium und Beryllium. Alle anderen chemischen Elemente sind erst deutlich später erstmalig entstanden, und zwar in Sternen. Entweder während der Kernfusion im Inneren von Sternen oder an ihrem Lebensende bei Supernovae. Und weil wir Menschen nicht nur aus Wasserstoff und Helium bestehen (aus Helium bestehen wir ehrlich gesagt gar nicht), sind wir wirklich aus Sternenstaub gemacht. Jedes Sauerstoffatom, jedes Kohlenstoffatom und so weiter in uns ist irgendwann irgendwo in einem Stern entstanden.

Stimmt es, dass ein Asteroid die Dinosaurier ausgelöscht hat?

Vor etwa 65 Millionen Jahren sind die Dinosaurier ausgestorben – und nicht nur die. Damals kam es zu einem Massenaussterben, bei dem 75 Prozent aller Tierarten ausgelöscht worden sind. Dieses Massenaussterben wurde sehr wahrscheinlich von einem großen Meteoriteneinschlag ausgelöst. Der Krater, der dabei entstanden ist, existiert heute noch, der Chicxulub-Krater in Mexico mit einem Durchmesser von 150 Kilometern. Der Asteroid war zwar »nur« 10 bis 15 Kilometer breit, hat aber durch seine Geschwindigkeit beim Aufprall diesen riesigen Krater verursacht. Was ist also genau beim Einschlag passiert?

Der Einschlag selbst hat natürlich erst mal die nähere Umgebung verwüstet. Aber das allein ist nicht der Grund, warum weltweit diverse Arten ausgestorben sind. Der Meteorit ist zumindest teilweise verpufft, hat beim Aufprall eine riesige Druck- und Hitzewelle erzeugt und Tonnen von Material in die Luft geschleudert. Die Staubwolken haben sich um den Globus verteilt und dafür gesorgt, dass deutlich weniger Sonnenlicht auf der Erdoberfläche ankommt. Nach und nach hat das dann die Nahrungsketten von unten sabotiert. Pflanzen konnten schlechter wachsen, dadurch hatten Pflanzenfresser weniger Nahrung und dadurch dann auch die Fleischfresser. Das war vor allem für große Tiere wie Dinosaurier, die sehr viel Nahrung benötigen, verheerend. Das ist die grobe Geschichte. Die Details sind nicht alle klar. Wie lange diese Dominoeffekt-Phase angedauert hat, ist beispielsweise ungeklärt.

Unter den letzten Dinosauriern vor diesem Ereignis waren übrigens der Tyrannosaurus Rex und der Triceratops.

Kann es eine »Gegenerde« auf der anderen Seite der Sonne geben?

Schon im antiken Griechenland hat es die Idee einer sogenannten Gegenerde gegeben, einem Planeten, der sich auf der gleichen Umlaufbahn wie die Erde befindet, und zwar uns genau gegenüber. Dort wäre er vor uns versteckt, weil er genau hinter der Sonne liegt.

Das Problem ist: Ganz so unbemerkt könnte sich da kein Planet verstecken, selbst wenn wir ihn von der Erde aus nicht direkt sehen könnten. Ein Planet hat eine beachtliche Masse und damit auch ein Gravitationsfeld, also Schwerkraft. Der Extraplanet würde also durch seine Anwesenheit andere Objekte beeinflussen, so auch unsere Raumsonden, die wir bisher durchs Sonnensystem geschickt haben. Die Tatsache, dass bisherige Raumsonden zu Mars, Venus und Co. dort angekommen sind, wo sie ankommen sollten, ist ein ziemlich sicheres Zeichen dafür, dass es keine Gegenerde gibt.

Dazu kommt, dass ein Planet an diesem Punkt auf der Erdumlaufbahn nicht besonders stabil wäre. Denn auch der Planet selbst ist dem Einfluss anderer Planeten ausgesetzt, der Venus zum Beispiel, der er gelegentlich sehr nahekommen würde. Das hätte ihn bereits aus seinem Versteck gelockt. Außerdem wäre es doch nicht so unmöglich, die Gegenerde von der Erde aus zu beobachten. Denn die Umlaufbahn der Erde ist kein Kreis, sondern eine Ellipse. Und auf der Ellipse ist die Umlaufgeschwindigkeit nicht immer gleich. An den Punkten, an denen der Planet der Sonne näher ist, bewegt er sich schneller um die Sonne als an den Punkten, an denen er weiter entfernt ist. Eine Gegenerde wäre somit nicht immer exakt 180 Grad von der Erde entfernt. Und selbst wenn wir die Gegenerde nicht sehen könnten, gibt es einige Raumsonden, die auf ihrem Weg durch das Sonnensystem einen Blick auf die Gegenerde hätten werfen können, würde sie existieren.

Nach all diesen Punkten können wir ziemlich sicher sagen, dass es keine Gegenerde gibt.

Wie funktioniert GPS?

Wir alle nutzen es fast täglich, doch hinter der Standortbestimmung per GPS steckt einiges an Technik. GPS steht für »Global Positioning System«, also »globales Positionsbestimmungssystem«. Entwickelt und betrieben wird es vom US-Verteidigungsministerium. GPS ist allerdings nicht die einzige Navigationstechnik, die auf Satelliten basiert. Die Europäische Union betreibt »Galileo«, Russland »Glonass« und China »Beidou«. Alle funktionieren grundsätzlich auf die gleiche Art und Weise, sind international nutzbar und lassen sich zum Beispiel von Smartphones auch kombiniert verwenden. Trotzdem hat sich GPS als allgemeine Bezeichnung für Satellitennavigation durchgesetzt. Vermutlich, weil es zuerst da war.

Um einen Standort an einem beliebigen Punkt auf der Erde per GPS zu bestimmen, brauchen wir erst mal eine Konstellation von mindestens 24 GPS-Satelliten. Sicherheitshalber sind aber in der Regel über 30 Satelliten in einer Erdumlaufbahn, falls einer ausfällt. Denn die GPS-Satelliten halten nicht ewig. Dazu brauchen wir eine Bodenstation, die die Satelliten verwaltet, und natürlich ein Empfangsgerät, wie zum Beispiel unser Smartphone.

Jeder Satellit sendet seinen Standort und die Uhrzeit in regelmäßigen Intervallen. Das Empfangsgerät empfängt die Daten von den ihm am nächsten liegenden Satelliten und kann dann, basierend darauf, wie lange es dauert, bis die Signale ankommen, seine eigene Position ausrechnen. Dafür muss das Empfangsgerät Kontakt zu vier der GPS-Satelliten haben.

Interessant sind hier noch drei Dinge:

Das Ganze funktioniert nur in eine Richtung. Zu keinem Zeitpunkt sendet das Empfangsgerät seinen Standort zurück an die Satelliten.

GPS ist eine Anwendung, in der Einsteins Relativitätstheorie berücksichtigt werden muss. Zeit ist relativ. Je näher wir an einem massereichen Körper dran sind, desto langsamer vergeht die Zeit für uns. Außerdem gilt zusätzlich, dass die Zeit langsamer vergeht, wenn wir uns sehr, sehr schnell bewegen. Die Satelliten liegen deutlich weiter von der Erde entfernt (über 20 000 Kilometer) und bewegen sich deutlich schneller (etwa 4 Kilometer pro Sekunde) als die Empfangsgeräte am Boden. Das bedeutet, bei der Positionsbestimmung per GPS muss die Zeitdilatation berücksichtigt werden. Ansonsten kann es nach einiger Zeit zu Ungenauigkeiten kommen.

GPS wurde ursprünglich fürs Militär entwickelt. Bis ins Jahr 2000 wurde die Standortgenauigkeit für zivile Anwendungen noch künstlich beschränkt. Das ist jetzt nicht mehr der Fall, und wir können unseren Standort per GPS auf etwa 5 Meter genau bestimmen.

Warum ist der Himmel blau?

Die Sonne strahlt Licht in allen Wellenlängen aus. Insgesamt erscheint sie uns dadurch weiß. Wenn das Sonnenlicht auf die Atmosphäre trifft, dann wird es gestreut. Das bedeutet, es prallt an den Molekülen der Atmosphäre ab, und zwar in alle Richtungen. Blaues Licht wird dabei mehr gestreut als die anderen Farben, weil seine Wellenlänge kürzer ist.

Zusätzlich gibt es noch einen biologischen Grund dafür: Unsere Augen interpretieren grundsätzlich, was wir sehen. Sie folgen dabei der Regel, dass oben violettes Licht noch besser gestreut werden müsste als blaues. Doch unsere Augen interpretieren einen Mix aus blau und violett als blau-weiß. Deswegen erscheint uns der Himmel in hellblau.

Doch der Himmel ist nicht immer blau. Bei Sonnenuntergang wirkt er eher rötlich. Und das liegt daran, dass die Sonne, wenn sie so tief am Himmel steht, durch mehr Atmosphäre durch muss. Dabei wird das blaue Licht so stark gestreut, dass kaum etwas bei unseren Augen ankommt, und so den Weg frei macht für rote und orangefarbene Wellenlängen.

Mond